【摘要】：磷酸鋅作為一種大量應(yīng)用于重防腐涂料的無(wú)毒顏料,是鉛系和鉻系等傳統(tǒng)重金屬有毒顏料的有效替代品。但傳統(tǒng)制備工藝的磷酸鋅具有粒徑大,轉(zhuǎn)化不完全等缺陷,限制了磷酸鋅在涂料中的應(yīng)用。本文采用溶膠凝膠法制備出微納米片狀結(jié)構(gòu)的磷酸鋅顏料,將制備的微納米片狀磷酸鋅(SZP)顏料添加到環(huán)氧樹脂中制成涂層,對(duì)涂層的防腐性能進(jìn)行了研究,并探討了SZP涂層的防護(hù)性能機(jī)制。根據(jù)氨浸法提煉氧化鋅礦石為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)無(wú)色透明Zn(NH_3)_4~(2+)溶膠溶液制備工藝,利用乙醇稀釋磷酸溶液,室溫下快速制備出SZP顏料,并通過X射線衍射儀(XRD)、傅立葉紅外光譜儀(FT-IR),熱重分析(TG),掃描電子顯微鏡(SEM)等分析手段對(duì)制備的SZP顏料和購(gòu)買的商業(yè)磷酸鋅(CZP)進(jìn)行表征:制備的SZP顏料為單一晶型的α-Zn_3(PO_4)_2·4H_2O,形貌大小均勻,片徑厚度在200nm左右,含有1.5%左右的吸附水;購(gòu)買的CZP顏料主要成分為Zn_3(PO_4)_2·2H_2O,含有少量Zn_3(PO_4)_2·4H_2O,形貌大小不均勻,片徑厚度在2μm左右。采用高速攪拌分散,行星式球磨分散和簡(jiǎn)易砂磨分散等三種分散工藝對(duì)CZP和SZP顏料在涂料中的分散性進(jìn)行研究,結(jié)果發(fā)現(xiàn):較大顆粒的CZP顏料,可以采用高速攪拌分散、行星式球磨分散和簡(jiǎn)易砂磨分散等三種分散工藝有效分散;而SZP顏料,只可以采用簡(jiǎn)易砂磨進(jìn)行有效分散。采用簡(jiǎn)易砂磨工藝制備10 wt.%的CZP涂層和SZP涂層,通過電化學(xué)阻抗譜(EIS)測(cè)試,附著力測(cè)試,SEM觀察,能譜分析等手段對(duì)這兩種涂層的防護(hù)性能進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn):相比于微米結(jié)構(gòu)的CZP顏料,具有微納米片狀結(jié)構(gòu)的SZP顏料能夠在一定程度上減少涂層/顏料界面缺陷,并有效降低電解質(zhì)在SZP涂層中的擴(kuò)散系數(shù)(為CZP涂層的一半),減緩腐蝕電解質(zhì)到達(dá)涂層/金屬界面的時(shí)間,從而提高涂層浸泡初期的屏蔽性能;涂層中SZP顏料與電解質(zhì)溶液具有更多接觸面積,能夠釋放出足夠量的磷酸根離子,從而提高SZP涂層浸泡中后期的緩蝕性能,進(jìn)而綜合提高SZP涂層的防護(hù)性能。對(duì)不同顏料添加量(5,10,20,30 wt.%)的CZP涂層和SZP涂層的防護(hù)性能進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn):涂層的防護(hù)性能與涂層中顏料狀態(tài)緊密相關(guān),涂層中顏料體積濃度(PVC)/臨界顏料體積濃度(CPVC)的比值、顏料表面磷酸鋅的不斷溶解、顏料/樹脂界面應(yīng)力的釋放、顏料在涂層中的聚集程度等因素共同影響著涂層中的缺陷變化過程:5%,10%CZP涂層和5%SZP涂層中在3000h的浸泡過程中未出現(xiàn)致命缺陷,但較低的顏料添加量使得涂層浸泡初期屏蔽性能較差,導(dǎo)致涂層整個(gè)浸泡過程中防護(hù)性能一般;20%和30%添加量的SZP涂層防護(hù)性能產(chǎn)生在浸泡初期500h中就失去了主要防護(hù)性能;20%和30%添加量的CZP涂層防護(hù)性能產(chǎn)生在浸泡1500-2000h過程中失去了主要防護(hù)性能;由于顏料的微納米片狀結(jié)構(gòu),結(jié)合適當(dāng)?shù)腜VC/CPVC值,使得10%SZP涂層(λ=0.35)在3000 h浸泡之后,仍具有優(yōu)異的防護(hù)性能。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TQ637
【圖文】：

隨著 18 世紀(jì)中期第一次工業(yè)革命的開始，鋼鐵工業(yè)迅猛發(fā)展,成為產(chǎn)業(yè)革命的重要內(nèi)容和物質(zhì)基礎(chǔ)。而后在 19 世紀(jì)六七十年代，隨著以電器應(yīng)用為主的第二次工業(yè)革命的開始，現(xiàn)代平爐和轉(zhuǎn)爐鎳管煉鋼技術(shù)的出現(xiàn)，使人類真正進(jìn)入了鋼鐵時(shí)代。在 20 世紀(jì)初期，隨著二戰(zhàn)的爆發(fā)，以鋁合金為主的輕型合金得到高速發(fā)展。隨著科技的不斷發(fā)展，金屬材料在社會(huì)各個(gè)領(lǐng)域的應(yīng)用更加廣泛，已經(jīng)成為現(xiàn)代社會(huì)發(fā)展的基石[1-3]。在金屬材料的使用過程中，不可避免的會(huì)發(fā)生斷裂，磨損和腐蝕等三種最常見最重要的失效破壞形式，其中金屬腐蝕導(dǎo)致材料失效的比例為 42%[4-6]，圖 1.1 為常見的管道和船只的腐蝕形貌。金屬腐蝕會(huì)給國(guó)民經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大的直接經(jīng)濟(jì)損失，不可估量的間接經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)會(huì)引發(fā)災(zāi)難性事故和自然環(huán)境的污染，并且造成極大的自然資源、人力資源和能源的浪費(fèi)。2015 年調(diào)查結(jié)果顯示，2014 年我國(guó)腐蝕成本約為 21,278.2 億元，約占當(dāng)年國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）的 3.34%。因此，研究如何進(jìn)行金屬材料的腐蝕防護(hù)，對(duì)減少國(guó)民經(jīng)濟(jì)的損失，減少事故發(fā)生，減少環(huán)境污染，以及節(jié)約資源，能源等方面具有重大的意義。

富鋅底漆 11-17丙烯酸樹脂 11-16氯化橡膠 11-16氟碳樹脂 3.3-6.6聚硅氧烷 1.1-2.2其他（聚脲樹脂等） 1.1-2.21.2 環(huán)氧樹脂涂料環(huán)氧樹脂涂料（簡(jiǎn)稱環(huán)氧涂料）是合成樹脂涂料的主要產(chǎn)品之一，以其卓越的性能而廣泛應(yīng)用，目前已成為涂料工業(yè)中的支柱產(chǎn)品[13,14]。1.2.1 環(huán)氧樹脂的合成及特點(diǎn)環(huán)氧雙酚 A 樹脂，又叫做雙酚 A 二縮水甘油醚（DGEBA），主要是由雙酚 A與環(huán)氧氯丙烷反應(yīng)合成的，反應(yīng)方程式如下圖 1.1[15,16]。然而，環(huán)氧樹脂并不是單一的純化合物，而是一種由多種分子量雙酚 A 二縮水甘油醚組成的混合物。

哈爾濱工程大學(xué)博士學(xué)位論文備生物活性基礎(chǔ)材料等。在陶瓷領(lǐng)域，溶膠－凝膠法被用來(lái)制備各種超細(xì)陶瓷粉體陶瓷纖維，陶瓷薄膜等材料。在電磁學(xué)領(lǐng)域，溶膠－凝膠法被用來(lái)制備各種超細(xì)性粉體。在光學(xué)領(lǐng)域，溶膠－凝膠法被用來(lái)制備摻雜稀土的發(fā)光材料，纖維材料光學(xué)元器件等各種光功能材料。此外，溶膠－凝膠法還被用于熱敏，濕敏材料的備，并應(yīng)用于色譜分析，光分析，電分析材料中。溶膠－凝膠法的應(yīng)用幾乎涵蓋所有領(lǐng)域，為了便于記憶，通常根據(jù)溶膠－凝法制備的材料形狀進(jìn)行應(yīng)用分類，主要分為 4 類：超細(xì)粉末材料，復(fù)合材料，涂和薄膜材料、以及纖維材料[95,97]，各個(gè)應(yīng)用材料基本工藝過程如圖 1.4 所示。

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本文編號(hào)：2784171